ガスボンベの圧力レギュレーター: 使い方、種類など

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このページの最終更新日: 2019/07/15

  1. 概要: 圧力レギュレーターとは
  2. 圧力レギュレーターの種類
    • 一段式と二段式
    • ガスの種類に応じた違い
  3. 圧力レギュレーターの原理および性能
    • 高圧側の圧力計
    • 低圧側の圧力計
  4. 圧力レギュレーターの使い方

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概要: 圧力レギュレーターとは

圧力レギュレーターとは、流体 (液体および気体) の圧力を調節するバルブ状の装置のことをいう。単にレギュレーターと呼ばれることも多い。このページでは、主に以下のような ガスボンベに取り付けるレギュレーター の種類と使い方についてまとめる。

写真のようにガスボンベの口に取り付ける場合と、流路に取り付ける場合がある。また、流量の制御を行う機器は流量計 mass flow controller と呼ばれ、圧力レギュレーターとは異なる。


圧力レギュレーターの種類

一段式と二段式

レギュレーターは、内部の仕組みに応じて一段式 single stage regulator および二段式 two stage regulator に分類される。仕組みについては、このページ下方に図があるので参照のこと。

二段式では、レギュレーター内に中圧の空間を作ることによって、圧力を安定させることができるというメリットがある。


ガスの種類に応じた違い

レギュレーターは ガスの種類によって異なっている ので、それに応じたものを使わなければならない。

実際には、ネジのサイズが可燃性、支燃性、不活性などの性質の違いによって異なっているので、合っていないレギュレーターはそもそもガスボンベに接続できないようになっている。


ヘリウム

ヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性ガスは同じレギュレーターを使えるとしているところもあるが、ヘリウム専用のレギュレーターもあり、正直なところよくわからない。

少なくとも、手元のヘリウムおよび窒素のガスボンベの接続口は両方とも CGA580 という規格になっている。写真のように、ガスボンベに記載されている。レギュレーターのマニュアルにも、このようなネジの規格が載っているはずである。

酸素

更新予定。


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圧力レギュレーターの原理および性能

下の写真のように、2 つゲージがついている圧力計では、片方がボンベ内の圧力 (高圧側) を、他方が排出側 (低圧側) の圧力を示している。

高圧側の圧力計

高圧側の圧力計を inlet gauge という。この圧力で、どの程度ガスがボンベ内に入っているかを推察することができる。なお、ボンベ内の圧縮ガスの圧力は最大で 14.8 MPa (35°C) である (2)。これは約 2150 psi に相当する。よって、inlet の最大圧力はこの数字以上のものを選ばなければならない。

Inlet gauge の仕組みは、一段式では図のようになっている (3)。レギュレーターのハンドルで圧力をかけていないとき、図の poppet という部分が完全に閉じられている。ここでガスボンベ上部のネジを緩めると、圧力がガスボンベ内とレギュレーターの濃い青の部分で同じになり、inlet gauge に表示される。


この原理は、二段式レギュレーターでも同じである。二段式では低圧側に違いがあるので、図は次の項目に載せておく。

液化ガスの場合は、ボンベ内で液体が蒸発してガスになることから、圧力で残量を判断できない。そのため、一般に高圧側の圧力計はなく、ゲージが一つだけのレギュレーターを用いる (2)。


低圧側の圧力計

低圧側の圧力計は outlet gauge と呼ばれる。まずは、一段式の上の図を見てみよう。

レギュレーターのハンドルを回すことで、poppet が少しだけ開き、薄い青の部分にボンベ内の機体が入ってくる。この圧力がそのまま outlet の圧力となって表示される。

二段式では、下の図 (4) に見るように、この仕組みが二つある。二段式を使うことによって、outlet の圧力変動を少なくすることができる (2)。


レギュレーターの使用圧力範囲は、低圧側圧力計の最高目盛の 60% 以下または 2/3 以下である (2)。


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References

  1. By Triddle - 投稿者自身による作品, パブリック・ドメイン, Link.
  2. 圧力調整期の選択の指針. Pdf file. Last access 2019/07/10.
  3. By 英語版ウィキペディアMintrickさん, CC 表示-継承 3.0, Link
  4. By 英語版ウィキペディアMintrickさん, CC 表示-継承 3.0, Link